Белок Rok образует большие петли в бактериальной ДНК

И у эукариот, и у прокариот пространственная организация генома обеспечивается нуклеопротеиновыми комплексами, которые компактизуют ДНК и структурируют геном на локальном уровне. У эукариот нуклеопротеиновые комплексы, расположенные на большом расстоянии друг от друга, взаимодействуют, и геномная ДНК, разделяющая их, выпетливается, что позволяет организовать в пространстве отдельные домены генома, известные как топологически ассоциированные домены (topologically associated domains, TAD). Участки внутри такой петли чаще взаимодействуют друг с другом. Как показало недавнее исследование, опубликованное в Nature Genetics, подобное явление имеет место и у бактерий. У сенной палочки Bacillus subtilis за образование хроматиновых петель отвечает транскрипционный фактор Rok.

Сначала авторы исследования лизировали клетки B. subtilis, обработали ДНКазой и подвергли ультрацентрифугированию в градиенте сахарозы, благодаря чему показали, что геномная ДНК бактерии состоит из крупных ДНК-белковых комплексов. Последовательности, уцелевшие после расщепления ДНКазой, преимущественно относились к восьми геномным сайтам. Ранее полученные данные по иммунопреципитации хроматина для B. subtilis указывали на то, что все они перекрываются с сайтами связывания транскрипционного фактора Rok.

Чтобы проверить, что именно Rok отвечает за формирование нуклеопротеиновых комплексов, авторы работы повторили эксперименты со штаммом, лишенным Rok. Найденные ранее 8 сайтов на этот раз осадить не удалось, что подтверждает участие Rok в компактизации бактериального генома.

Дальнейший анализ показал, что мотивы с высоким сродством к Rok образуют кластеры в геноме бактерии. Более того, связанные с ними молекулы Rok формируют комплексы, которые, взаимодействуя друг с другом, приводят к образованию крупных хроматиновых петель. Об этом свидетельствуют карты Hi-C, полученные для клеток B. subtilis дикого типа и клеток, лишенных гена rok. Сам белок Rok связывает ДНК N-концевым доменом, а C-концевой домен используется для мультимеризации.

Сравнение Hi-C карт, полученных для бактериальных клеток в экспоненциальной и стационарной фазах роста, позволяет сделать вывод, что количество взаимодействий между комплексами из молекул Rok постепенно увеличивается при переходе от экспоненциальной к стационарной фазе. Вероятно, реплисомы, активные в экспоненциальной фазе роста, могут вытеснять Rok с ДНК, тем самым снижая частоту контактов. Кроме того, на взаимодействия между кластерами Rok влияет комплекс SMC.

Виртуальный 4C анализ показал, что кластеры Rok могут взаимодействовать друг с другом, формируя «суперкластеры», даже если их разделяет миллион пар оснований. Кроме того, взаимодействия кластеров Rok друг с другом формируют границы крупных хроматиновых доменов, аналогичных TAD у эукариот (у бактерий они известны как CID — chromosomal interaction domains). Ранее было установлено, что гены внутри CID регулируются совместно, однако не были известны белки, которые связывают между собой настолько отдаленные участки генома.